51單片機(jī)串口通信原理課件下載(很詳細(xì))

ID:398515 · 發(fā)表于 2018-9-25 16:04

什么是計(jì)算機(jī)通信

通信是指通過某種媒體將信息從一地傳送到另一地。古代飛鴿傳書和今天電話、手機(jī)，都是人與人之間的通信。
計(jì)算機(jī)通信是將計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的相結(jié)合，完成計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換。上面所說的計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信分下面3種情況:
PC機(jī)與PC機(jī)通信； PC機(jī)與單片機(jī)通信(本講只講這一種); 單片機(jī)與單片機(jī)通信。

為什么要進(jìn)行計(jì)算機(jī)通信

計(jì)算機(jī)通信的出現(xiàn)，大大拓展了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍。 PC機(jī)與單片機(jī)通信，可以實(shí)現(xiàn)：
1、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測控。
2、組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

并行通信的特點(diǎn)：傳輸速度快，由于需要多根傳輸線，長距離傳輸時(shí)成本高，只適用于短距離傳輸。

串行通信的特點(diǎn)：傳輸速度慢，但傳輸線少，長距離傳傳輸時(shí)成本低，適用于長距離傳輸。

異步通信與同步通信

異步通信 收發(fā)設(shè)備使用各自的時(shí)鐘。異步通信在發(fā)送字符時(shí)，所發(fā)送的字符之間的時(shí)間間隔可以是任意的。接收端必須時(shí)刻做好接收的準(zhǔn)備。發(fā)送端可
以在任意時(shí)刻開始發(fā)送字符，為保證收發(fā)雙方同步, 每個(gè)字符的開始和結(jié)束的地方必須加上標(biāo)志，即加上起始位和停止位，以便使接收端能夠正確地將每一個(gè)字符接收下來。

特點(diǎn)：由于不要求收發(fā)雙方時(shí)鐘嚴(yán)格一致，因此容易實(shí)現(xiàn)，通信設(shè)備簡單、便宜。但為保證收發(fā)雙方同步,每個(gè)字符均需附加起始位、停止位，因此傳輸效率不高。

同步通信 發(fā)送與接收設(shè)備使用同一個(gè)時(shí)鐘，雙方本身完全同步，從理論上說，不需要人為增加同步措施，但實(shí)際上還是要增加一些同步措施的（同步通信把幾十到幾千個(gè)字符組成一個(gè)幀，每幀的開始要附加同步字符）。異步通信在發(fā)送字符時(shí)，所發(fā)送的字符之間沒有時(shí)間間隔。

特點(diǎn)：收發(fā)雙方不停地發(fā)送和接收連續(xù)的字符，傳輸效率高，特別適合批量數(shù)據(jù)的傳送；但它要求在通信中保持精確的同步，實(shí)現(xiàn)較異步通信復(fù)雜。

串行通信的傳輸方向

1、單工單工是指數(shù)據(jù)傳輸僅能沿一個(gè)方向進(jìn)行。
2、半雙工半雙工是指數(shù)據(jù)傳輸可以沿兩個(gè)方向，但需要分時(shí)進(jìn)行。
3、全雙工全雙工是指數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸。

本講沒有用到奇偶校驗(yàn)，因此這里我們只要了解就可以了。收發(fā)雙方事先約定采用奇校驗(yàn)還是偶校驗(yàn)。如約定采用奇校驗(yàn)：發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)位尾隨1位奇校驗(yàn)位，奇校驗(yàn) 位可以取0或1，但要保證，數(shù)據(jù)中“1”的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位“1”的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)；接收數(shù)據(jù)時(shí)，檢查數(shù)據(jù)中“1”的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位“1”的個(gè)數(shù)之和是否仍應(yīng)為奇數(shù)，如不是，則說明數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)了差錯(cuò)。如約定采用偶校驗(yàn)：發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)位尾隨1位偶校驗(yàn)位，偶校驗(yàn) 位可以取0或1，但要保證，數(shù)據(jù)中“1”的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位“1”的個(gè)數(shù)之和應(yīng)為偶數(shù)；接收數(shù)據(jù)時(shí)，檢查數(shù)據(jù)中“1”的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位“1”的個(gè)數(shù)之和是否仍應(yīng)為偶數(shù)，如不是，則說明數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)了差錯(cuò)。

串行通信的數(shù)傳率

數(shù)據(jù)傳輸率簡稱數(shù)傳率，指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚捎帽忍芈屎筒ㄌ芈蕘肀硎尽?/font>
⑴比特率：是數(shù)字信號的傳輸速率，它用單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼的有效位(bit)數(shù)來表示，其單位為每秒比特?cái)?shù)bit/s(bps) 。
⑵波特率：波特率指數(shù)據(jù)信號對載波的調(diào)制速率，它用單位時(shí)間內(nèi)載波調(diào)制狀態(tài)改變次數(shù)來表示，其單位為波特(Baud)。對于串行通信來說，或者說是對于普通的數(shù)字電路來說，都是兩相調(diào)制,也就是單個(gè)調(diào)制狀態(tài)對應(yīng)1個(gè)二進(jìn)制位，因此:
比特率= 波特率

1bps=1 Baud
計(jì)算機(jī)中常用的波特率是：110、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、28800、33600，目前最高可達(dá)56Kbps.
CH340轉(zhuǎn)出的虛擬串口的波特率突破了傳統(tǒng)串口的56Kbps限制,最高可達(dá)2Mbps

串行通信的傳輸距離
RS232為全雙工，最大傳輸距離15米。 RS485為半雙工，最大傳輸距離1200米，最多可加8只中繼器，可延伸到10800米。

串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)

RS-232是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA在1962年發(fā)布的一種串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，后有不少改進(jìn)版本，其中最常用的是RS-232-C版。 RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識(shí)號，C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25 條信號線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。

筆記本電腦如何進(jìn)行串口實(shí)驗(yàn)

大部分筆記本電腦，甚至部分新出的臺(tái)式機(jī)沒有串口，我們可以用USB轉(zhuǎn)換的方式，轉(zhuǎn)出一個(gè)甚至多個(gè)虛擬的串口，同樣可以完成串口實(shí)驗(yàn)。

此時(shí)，單片機(jī)端要用CH340（或其他的USB- COM芯片，如PL2303）替代MAX232，單片機(jī)端與PC端改用USB電纜連接， PC機(jī)安裝驅(qū)動(dòng)程序。上下位機(jī)編程和其他操作和原來完全一致。

筆記本電腦(包括臺(tái)式機(jī))可使用USB口轉(zhuǎn)出的虛擬串口進(jìn)行串行通信，框圖如上

MAX232是TTL和RS232電平轉(zhuǎn)換芯片，CH340是USB-COM轉(zhuǎn)換芯片。單片機(jī)叫下位機(jī)，PC機(jī)叫上位機(jī)。

在串口傳輸電纜上，采用 RS232電平規(guī)范：
邏輯1=-3V～-15V
邏輯0=+3V～+15V
而單片機(jī)的串口模塊采用TTL電平規(guī)范：邏輯1=5V
邏輯0=0V

因此單片機(jī)的串口模塊和串口傳輸電纜之間要進(jìn) 行電平轉(zhuǎn)換，這個(gè)任務(wù)由MAX232完成。

STC89C52 有1個(gè)串口模塊----串口1，有兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器，但是它們都叫SBUF。單片機(jī) 操作的時(shí)候是否會(huì)產(chǎn)生混亂？不會(huì)。執(zhí)行讀操作時(shí)，訪問接收緩沖器；執(zhí)行寫操作時(shí)，訪問發(fā)送緩沖器。

串行口的控制寄存器

SCON 是一個(gè)特殊功能寄存器，用以設(shè)定串行口的工作方式、接收/發(fā) 送控制以及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志,可以按位操作：（復(fù)位值：0x00000000）

SM0和SM1為工作方式選擇位，可選擇四種工作方式，一般選方式1：

●REN，允許串行接收位。由軟件置REN=1，則啟動(dòng)串行口接收數(shù)據(jù)；若軟件置REN=0，則禁止接收。
●TI，發(fā)送中斷標(biāo)志位。在方式0時(shí)，當(dāng)串行發(fā)送第8位數(shù) 據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行發(fā)送停止位的開始時(shí)，由內(nèi)部硬件使TI置1，向CPU發(fā)中斷申請。在中斷服務(wù)程序中，必須用軟件將其清0，取消此中斷申請。
●RI，接收中斷標(biāo)志位。在方式0時(shí)，當(dāng)串行接收第8位數(shù) 據(jù)結(jié)束時(shí)，或在其它方式，串行接收停止位的中間時(shí)，由內(nèi)部硬件使RI置1，向CPU發(fā)中斷申請。也必須在中斷服務(wù)程序中，用軟件將其清0，取消此中斷申請。

下列位本講未用,采用上電默認(rèn)值0:
●SM2：多機(jī)通信控制位
●TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位
●RB8：接收到數(shù)據(jù)的第九位

獨(dú)立波特率發(fā)生器的相關(guān)位

BRTR（獨(dú)立波特率發(fā)生器啟停位）: =1, 允許獨(dú)立波特率發(fā)生器運(yùn)行；=0, 不允許獨(dú)立波特率發(fā)生器運(yùn)行。

BRTx12:=0, 獨(dú)立波特率發(fā)生器每12 個(gè)時(shí)鐘計(jì)數(shù)一次（和傳統(tǒng)51兼容），=1, 獨(dú)立波特率發(fā)生器每1 個(gè)時(shí)鐘計(jì)數(shù)一次

S1BRS: =1, 獨(dú)立波特率發(fā)生器作為串口1 的波特率發(fā)生器，此時(shí)定時(shí)器1 得到釋放； =0, 串口1 波特率發(fā)生器選擇定時(shí)器1。

PCON中只有一位SMOD與串行口工作有關(guān) ：

SMOD（PCON.7）波特率倍增位。在串行口方式1、方式2、方式3時(shí)，波特率與SMOD有關(guān)，當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率提高一倍。復(fù)位時(shí)，SMOD=0。
該位本講未用,采用上電默認(rèn)值0即可。

串行口的工作方式

本講只講最常用的方式1;方式0、2、3很少用到，不需掌握。
方式1是10位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳， RXD為數(shù)據(jù)接收引腳，傳送一幀數(shù)據(jù)的格式如圖所示。其中1 位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。

波特率和BRT值的計(jì)算

在串行通信中，收發(fā)雙方對發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速率要有約定。

方式1的波特率=（2SMOD/32）•（獨(dú)立波特率發(fā)生器的溢出率）
當(dāng)BRTx12 = 0時(shí)：獨(dú)立波特率發(fā)生器的溢出率 =Fosc/12/( 256 - BRT )
實(shí)例：波特率9600，計(jì)算BRT的值。
波特率 =（1/32）•（fosc /12/（256 －BRT））
BRT=256- fosc /（384*波特率）=256-11059200/
（384*9600）=253
也可以用“51串口通信計(jì)算器”快速完成BRT設(shè)置值的計(jì)算。

串行口初始化步驟

1、TX設(shè)置為輸出、RX設(shè)置為輸入，也可不設(shè)置，采用默認(rèn)的準(zhǔn)雙向口模式。
2、設(shè)置串口1 的工作模式，SCON 寄存器中的SM0 和SM1 兩位決定了串口1 的4 種工作模式。
3、如要串口1 接收，將SCON 寄存器中的REN 位置1 即可。
4、計(jì)算BRT的值，并置數(shù)；
5、設(shè)置獨(dú)立波特率發(fā)生器相關(guān)位：BRTx12:=0, S1BRS: =1, SMOD
6、啟動(dòng)獨(dú)立波特率發(fā)生器（ BRTR =1）；
7、串行口工作在中斷方式時(shí)，還要設(shè)置串口1 的中斷優(yōu)先級
（ PS,PSH ），如果不設(shè)置的話，默認(rèn)是低優(yōu)先級；打開中斷相應(yīng)的控制位（ES,EA）。接收完成標(biāo)志RI,發(fā)送完成標(biāo)志TI,要由軟件清

如何通過串口收發(fā)數(shù)據(jù)

串口1接收到的數(shù)，從SBUF中讀取；如要從串口1 發(fā)送，將數(shù)據(jù)送入SBUF 即可。

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